JPH0230404B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的背景〕 本発明は例えば、発電所の蒸気発生装置である
ボイラあるいは原子炉等へ給水する給水システム
において、特に低流量域での安全運転を行ない得
るようにした給水制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、例えば火力、原子力発電所において
は、ボイラあるいは原子炉等の主タービン発電機
を駆動するための蒸気発生装置に対して、この蒸
気のもととなる水をボイラあるいは原子炉へ供給
するために給水システムを設けている。この給水
システムは、ポンプ本体と、このポンプ本体を駆
動するためのモータあるいは給水ポンプ駆動用タ
ービン、および給水制御装置から構成されてい
る。

第１図は、従来のかかる給水システムの一例を
ブロツク的に示したものである。図において、１
は給水ポンプ駆動用タービンの速度制御をするた
めの蒸気加減弁、２は給水ポンプ駆動用タービ
ン、３は回転速度検出器、４は駆動用タービン２
に連結した給水ポンプで、回転速度に応じて吐出
量および吐出圧が決まる。また、５は逆止弁であ
りポンプ吐出圧が給水圧力より低い時に、給水が
ボイラまたは原子炉側からポンプ側へ逆流するの
を防止するためのものである。６１は第１の給水
調節弁であり、後述する給水調節弁制御部１５に
より開度制御される。この第１の給水調節弁６１
は、低流量域の制御に使用されるために通過容量
は定格容量に比し小さい。そして、６２は全開ま
たは全閉に制御される第２の給水調節弁である。
この第１、第２の給水調節弁６１，６２は、機械
的または電気的インタロツクにより相互関連をよ
つて動作し、第１の給水調節弁６１が全開の時は
第２の給水調節弁は全開、第１の給水調節弁６１
が全開未満の時は第２の給水調節弁６２は全閉と
なるように開閉制御している。

一方、７は再循環弁で、逆止弁５、第１、第２
の給水調節弁６１，６２を通過する給水量が少な
い時に、給水ポンプ４自身の安定または安全運転
に必要な最低吸込量を確保するための弁であり、
給水が極端に少ない時はこの再循環弁７を開い
て、再循環系へ吸込量と給水の差分を流すための
ものである。さらに８は給水量検出器、９は目標
給水量指令と実給水量信号との偏差を演算する加
算器であり、１０は加算器９の出力を受けて給水
ポンプ駆動用タービン２の目標速度指令信号を発
する演算部である。さらにまた、１１は後述する
制限器１３から与えられる回転速度指令信号と回
転数検出器３の出力である実回転数信号を比較す
る加算器、１２はポンプ速度制御部、１３は演算
部１０より与えられる目標速度指令信号を安全運
転領域内に制限して、給水ポンプ駆動用タービン
２の回転速度指令信号として出力するための制限
器であり、通常第２図に示すように入出力は直線
関係とし、かつ安全運転領域の下限では所定の制
限値を維持する入出力特性を持たせてある。１４
は加算器であり、演算部１０より与えられる目標
速度指令信号と、制限器１３からの回転速度指令
信号とを比較すると共に、第１の給水調節弁６１
の全開の開度に相当するバイアス信号を加算す
る。また、１５は加算器１４の出力により第１、
第２の給水調節弁６１，６２の開度を制御するた
めの給水調節弁制御部である。

以下、かかる給水制御装置の動作について説明
する。まず、目標速度指令信号が制限器１３に制
限されない安全運転領域の場合について述べる。
この場合、加算器１４の出力は全開バイアス信号
に等しくなり、給水調節弁制御部１５は第１の給
水調節弁６１を全開にすると同時に、これにイン
タロツクされている第２の給水調節弁６２も全開
となり、給水量は完全に給水ポンプ４により制御
されている。

実給水量が目標給水量よりも少ない時は加算器
９の出力は正となり、演算部１０は目標速度指令
信号を増加する。すると、制限器１３の出力であ
る回転速度指令が増加して加算器１１の出力は正
となり、ポンプ速度制御部１２を介して加減弁１
を開方向に制御する。したがつて、タービン２及
び給水ポンプ４の回転速度は上昇し、回転速度検
出器３の出力が上昇する。この回転速度検出器３
の出力の上昇は、加算器１１の出力が零となる
迄、即ち回転速度指令信号に実回転数が等しくな
る迄継続する。そして、給水ポンプ４の回転速度
が上昇すると給水ポンプ給水量が増加し、給水量
検出器８の出力すなわち実給水量が目標給水量に
等しくなる。

また、実給水量が目標給水量より多い時は、前
述と逆の週程を経て両者が等しくなるように制御
される。従つて、通常は目標給水量指令と実給水
量信号が等しくなるように制御されている事にな
る。

次に、目標給水量指令が低く目標速度指令信号
が制限値以下となつた場合は、制限器１３の出力
である回転速度指令信号はこれよりも高い制限値
になるため、加算器１４の出力は全開バイアスか
らこの差を減じた値となる。この出力信号の低下
は、給水調節弁制御部１５により演算増幅されて
第１の給水調節弁６１を閉方向に操作すると共
に、これにインタロツクされた第２の給水調節弁
６２を全閉する。この際、第１の給水調節弁６１
の容量を、この制限速度における給水ポンプ４の
給水流量以上に選定しておけば、第２の給水調節
弁６２の開閉による給水流量の変動は皆無に近
く、この第２の給水調節弁６２閉以後の給水量
は、第１の給水調節弁６１により制御される事に
なる。そして、第１の給水調節弁６１はさらに閉
方向に制御され、目標給水量指令と実給水量とが
等しくなつた開度に制御される。そして、これ以
後目標速度指令信号が制限値以下の場合は、制限
器１３の出力である回転速度指令信号は下限制限
値となるため、給水タービンの回転速度は一定に
保持され、給水量は加算器９、演算部１０、加算
器１４、給水調節弁制御部１５、第１の給水調節
弁６１、給水量検出器８および加算器９からなる
閉ループの給水調節弁制御に移行することにな
る。また、目標速度指令信号が制限値以上に復帰
すると回転速度指令信号と等しくなり、第１、第
２の給水調節弁６１，６２は再び全開となり、以
後は加算器９、制限器１３、加算器１１、ポンプ
速度制御部１２、蒸気加減弁１および給水量検出
器８からなる閉ループの給水ポンプ速度制御に移
行することになる。この場合、制御モードの移行
に際して何ら不連続な制御系、制御定数等の切換
を含まないので、切換は極めて円滑に行なわれ
る。

〔背景技術の問題点〕

然乍ら、かかる従来の給水制御装置には以下の
ような欠点がある。すなわち、前期給水調節弁制
御領域において、第１の給水調節弁６１の開度が
全開に近づくにつれて、この給水調節弁６１の出
入口の圧力差が減少して零に近づくために、同一
の給水調節弁開度変化に対する流量の変化率が少
なくなる。たとえば、第４図に示すシステムで給
水ポンプ４の吐出圧P₀と角荷２０の出口圧力P₂
を一定と仮定し、負荷２０の流量−圧力特性が(1)
式で、また第１の給水調節弁６１の流量圧力特性
が(2)式で表わされる場合を考える。

Ｑ＝Ｋ×√₁−₂ ……(1) Ｑ＝Ｃ×√₀−₁ ……(2) ここで、Ｑは給水流量、Ｋはシステムによつて
定まる定数、P₀はポンプの吐出圧即ち給水調節
弁６１の入口圧力、P₁は給水調節弁６１の出口
圧力つまり負荷２０の入口圧力、P₂は負荷２０
の出口圧力、Ｃは給水調節弁６１の流量係数を
夫々表わす。

この場合、給水ポンプ４は第１図の制限器１３
の下限制限値の回転数で運転されており、Ｑの給
水流量を給水調節弁６１へ供給しその時の吐出圧
はP₀と一定である。第１の給水調節弁６１は、
負荷２０へ供給する給水量を制御するためのもの
で、流量係数Ｃは弁開度に対して単調増加とな
る。負荷２０の入口圧力はP₁、出口圧力はP₂で、
第１の給水調節弁６１からの給水を消費する。

一方、(1)式と(2)式よりP₁を消去すると、次の
(3)式が求められる。

P₀−P₂＝｛（１／Ｃ）²＋（１／Ｋ）²｝Q² ……(3) これを変形して、Ｑを求める式にしたものが(4)
式である。

この(4)式において、P₀、P₂、Ｋは一定であり、
給水調節弁６１の流量係数Ｃにより給水量Ｑが制
御できる。しかしながら、給水調節弁６１が全開
近くになると、すなわちシステムによつて定まる
負荷２０の定数Ｋに比べて大きくなりすぎると、
（１／Ｃ）²の項は（１／Ｋ）²に比べて小さくなり、給
水 調節弁６１の流量係数Ｃによる給水量Ｑの変化量
も小さくなる。実際の給水システムにおいても、
負荷２０の出口圧力P₂はほぼ一定である。一方、
ポンプ吐出圧P₀は流量Ｑが増加すると減少する。
従つて、上記(4)式の（P₀−P₂）も減少するため、
給水調節弁６１の流量係数Ｃによる給水量Ｑの変
化量は、全開近くで一層小さくなる。第４図はそ
の一例を示すものである。つまり、給水調節弁の
開度が60％付近から、給水量はあまり変化しなく
なつてきている。このことは、給水制御システム
としては制御ゲインが非常に低下する事を意味す
る。従つて、前記給水調節弁制御領域の状態から
給水量をランプ状に増加する場合、第１のような
制御装置では第１の給水調節弁６１が全開近くに
なると給水量が給水指令に追従できなくなり、給
水偏差量の増大を招いて最悪の場合はプラントト
リツプに至つてしまう。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたも
ので、その目的は給水調節弁による制御から回転
数制御に移行する過程、すなわち給水調節弁の全
開近くで運転する場合の低流量域においても、給
水指令に追従して高効率で安定な運転を行なうこ
とができる給水制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために本発明では、所定
の安全運転領域内の回転速度で運転すべき給水ポ
ンプにより蒸気発生装置へ給水する給水システム
において、目標給水量指令信号と実給水量信号と
の偏差に応じて目標速度指令信号を出力する演算
部と、演算部からの目標速度指令信号を所定の安
全運転領域内に制限して回転速度指令信号を出力
する制限器と、制限器からの回転速度指令信号と
実回転速度信号との偏差に応じて給水ポンプの回
転速度を制御するポンプ速度制御部と、演算部か
らの目標速度指令信号と制限器からの下限制限値
信号との偏差に応じて給水ポンプの吐出側に設け
た給水調節弁の開度を制御する給水調節弁制御部
とを備え、目標速度指令信号が安全運転領域内で
ある場合はポンプ回転数制御を行ない、制限域に
近づいた場合はポンプ回転数制御と給水調節弁の
開度制御とを合わせて行ない、目標速度指令信号
が制限域内である場合は給水調節弁の開度制御を
行なうようにしている。

［発明の実施例］ 本発明は、例えば火力発電所用の給水ポンプの
制御において、低流量域では回転数一定で給水調
節弁で流量を制御し、遷移領域では回転数と給水
調節弁を一つの制御信号で同時に制御して流量を
制御し、高流量域では給水調節弁全開で回転数で
流量を制御するものである。

以下、上記のような考え方に基づいた本発明の
一実施例について図面を参照して説明する。第５
図は、本発明による給水制御装置の構成例をブロ
ツク的に示したもので、第１図と同一部分には同
一符号を付して示す。

つまり第５図において、第１図と異なる点は加
算器１４の一方の入力である制限器１３の出力に
代えて、制限器１３の下限制限値信号１６を入力
していることと、加算器１４にてバイアス加算さ
れる全開バイアス信号を、第１の給水調節弁６１
の任意の開度である65％開度に相当するバイアス
信号に代えるようにしていることである。

かかる構成の給水制御装置とすれば、目標速度
指令信号が制限器１３の下限制限値より小さく、
そのため給水調節弁制御部１５への入力信号が65
％開度相当以下の場合は、給水ポンプタービン２
の回転速度指令は制限器１３の下限制限値に制御
され、第１の給水調節弁６１がバイアス開度まで
はその開度により前述の従来と同様に給水量の制
御が行なわれる。

また、目標速度指令信号が高く制限器１３の下
限制限値信号１６との偏差が35％開度相当以上の
場合は、加算器１４でこれに65％開度相当のバイ
アス信号が加算されるため、加算器１４の出力は
100％開度相当以上の信号となるため、給水調節
弁６１，６２は全開し、タービンの回転数制御に
より従来と同様に給水制御が行なわれる。

次に、目標速度指令信号が上記２ケースの中間
帯にある場合について説明する。

実給水量が目標給水量よりも少ない時は加算器
９の出力が正となり、演算部１０は目標速度指令
信号を増加する。また、制限器１３の出力である
回転速度指令信号も増加して加算器１１の出力は
正となり、ポンプ速度制御部１２を介して加減弁
１が開方向に制御される。したがつて、タービン
２および給水ポンプ４の回転速度は上昇し、回転
速度検出器３の出力が上昇する。そして、この回
転速度検出器３の出力の上昇は、加算器１１の出
力が零となる迄続く。また上記演算部１０の目標
速度指令の増加は、同時に加算器１４の出力も増
加させ、給水調節弁制御部１５を介して第１の給
水調節弁６１が開方向に制御される。この時、目
標速度指令信号は制限器１３の下限制限信号１６
よりも大きいため、加算器１４の出力は設定され
た任意のバイアス信号にこの差を加えた値とな
る。そして、給水ポンプの回転速度が上昇し、第
１の給水調節弁６１の開度が増加する。この両者
の効果により、ポンプ給水量が増加して給水量検
出器８の出力、すなわち実給水量が目標給水量に
等しくなるよう制御される。

一方、実給水量が目標給水量よりも多い時は、
前述と逆の過程を経て両者が等しくなるように制
御されることとなる。

以上の場合、加算器１４に付加されるバイアス
信号は、第１の給水調節弁６１の流量特性が、シ
ステムに悪影響を及ぼさない範囲で最も全開に近
い開度、例えば65％開度を選択すれば、目標給水
流量が変化して第１の給水調節弁６１の開度がバ
イアス開度以上、さらに100％開度の場合にも連
続的で安定した切替が行なわれる。

上述したように本給水制御装置によれば、安全
運転速度領域の制限のある給水ポンプによりボイ
ラ、原子炉等の蒸気発生装置へ給水する場合、安
全運転領域と危険速度領域とのモードを自動的に
判別し給水ポンプ制御および給水調節弁制御を一
部併用することによつて自動的かつ円滑に切換え
低流量制御を行ない得るようにしたので、主ター
ビン発電プラントの変圧運転時も低出力運転を行
なえ、同時に運転員の操作、監視等も不要でプラ
ント全体の自動運転制御装置との結合が可能とな
つて省力化でき、構成が簡単で高効率の変圧運転
を安全に行なうことができる。

また、最低回転数を設定し、回転数を直接制御
するようにしているので、危険回転数に対しての
マージンは比較的少なくてもよい。すなわち、低
負荷時の回転数が比較的低いため、低負荷時の流
量に対する給水ポンプ駆動力が小さく、低流量域
でのロスが極めて小さい。さらに、ポンプ回転数
制御と給水調節弁の開度制御とで制御を行なつて
いるので、複数台運転する場合の２台目以降の切
換姿件等を考慮した他のインタロツク条件が不要
である。また、本給水制御装置は、とりわけ要素
を付加していないので、装置構成が比較的簡単で
ある。さらに、制御は全て連続的に切換わるの
で、制御切換時はシヨツクがほとんど無く、極め
て安定な制御が行なえる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を変更しない範囲で種々に変形し
て実施することができる。

(1) 第５図における演算部１０、給水調節弁制御
部１５、ポンプ速度制御部１２は、その制御特
性に応じて比例、積分、微分動作を組み合わせ
る事が可能であり、例えば加算器１４へのバイ
アス信号は、第１の給水調節弁６１の所定の開
度に相当するレベルであれば、給水調節弁制御
部出力等どこに加えてもよい。

(2) 第１、第２の給水調節弁６１，６２は上述の
構成以外に、第２の給水調節弁６２も第１の給
水調節弁６１のようなサーボ弁とし、並列運転
するようにしてもよいし、定格容量を有する１
個の給水調節弁にて実施してもよい。この場
合、低流量域はサーボ弁特性とし、これ以上の
流量域では全開するような特性の弁を用いても
よい。

(3) 上記実施例では、安全領域が一つの場合につ
いて述べたが、複数領域に分割されるような場
合は制限器１３の代わりに、第６図ａに示すよ
うに入出力は直線関係で所定の区間毎に段階状
に変化する特性を有する関数発生器を用い、同
時に加算器１４に入力される制限器１３の下限
制限信号の代わりに、第６図ｂに示す階段状の
特性を有する関数発生器を用いるようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、低流量域
においても給水指令に追従して高効率で安定した
運転を行なうことができ、しかも低流量域でのロ
スが小さく構成が簡単で極めて信頼性の高い給水
制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給水システムの一例を示すブロ
ツク図、第２図は制限器の特性を示す図、第３図
は給水ポンプシステムの一例を示す図、第４図は
給水調節弁に対する給水量の応答を示す特性図、
第５図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第
６図ａは本発明の他の実施例による制限器の特性
を示す図、第６図ｂは本発明の他の実施例による
制限器下限制限値信号の特性を示す図である。 ４……給水ポンプ、１０……演算部、１２……
ポンプ速度制御部、１３……制限器、１５……給
水調節弁制御部、１６……制限器下限制限値信
号、６１，６２……給水調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の安全運転領域内の回転速度で運転すべ
   き給水ポンプにより蒸気発生装置へ給水する給水
   システムにおいて、 目標給水量指令信号と実給水量信号との偏差に
   応じて目標速度指令信号を出力する演算部と、 前記演算部からの目標速度指令信号を前記所定
   の安全運転領域内に制限して回転速度指令信号を
   出力する制限器と、 前記制限器からの回転速度指令信号と実回転速
   度信号との偏差に応じて前記給水ポンプの回転速
   度を制御するポンプ速度制御部と、 前記演算部からの目標速度指令信号と前記制限
   器からの下限制限値信号との偏差に応じて前記給
   水ポンプの吐出側に設けた給水調節弁の開度を制
   御する給水調節弁制御部とを備え、 前記目標速度指令信号が前記安全運転領域内で
   ある場合はポンプ回転数制御を行ない、制限域に
   近づいた場合はポンプ回転数制御と給水調節弁の
   開度制御とを合わせて行ない、前記目標速度指令
   信号が制限域内である場合は給水調節弁の開度制
   御を行なうようにしたことを特徴とする給水制御
   装置。